熔鋁爐用不粘鋁澆注料的選擇

李彩霞，李 超，金 權，薛鴻雁

（焦作市金鑫恒拓高溫材料有限公司，河南 焦作454450）

熔鋁爐的工作溫度一般在700～900℃，鋁液上部最高溫度可達1 200℃。鋁合金中的鋁、鎂等成分很容易和耐火襯里的一些組分反應形成反應層，鋁合金中的銅、錳、鋅等成分可通過氣孔滲透到耐火襯里中，形成變質(zhì)層。在熔鋁爐的運行過程中，反應層和變質(zhì)層的脫落，一方面污染鋁合金，另一方面影響熔鋁爐的使用壽命。

目前市場上多為2-7系鋁合金，每個系的鋁合金中各合金的種類及含量不同，因此鋁合金中的合金成分對耐火澆注料損毀也不同。因此急需開發(fā)出適用不同系鋁合金的不粘鋁澆注料。

1 試驗

1.1 原材料

熔鋁爐不粘鋁澆注料原材料的選擇，首先需確定所試驗的鋁合金種類，以及對工作層澆注料的性能及使用要求，減少工作層澆注料對鋁合金的污染，并提高工作層的使用壽命。對于2-7系鋁合金，在澆注料原材料的選擇上，應更多地考慮添加抗鋁合金滲透的反潤濕劑，減少鋁合金的滲透，另外還需提高澆注料的強度、降低氣孔率，以提高爐襯的使用壽命。

主要原材料的理化性能見表1。

表1 主要原材料的理化性能

1.2 工藝參數(shù)的設計

（1）不粘鋁澆注料的粒度級配

本課題中澆注料的顆粒臨界粒度為8 mm，粒度分布：8～5 mm，5～3 mm，3～1 mm，1～0 mm，＜0．088 mm，見表 2。

表2 不粘鋁澆注料粒度級配 （w%）

（2）工藝參數(shù)的選擇

工藝參數(shù)的選擇見表3。

（3）制樣參數(shù)的選擇

各種所需物料放在攪拌機中攪拌2～3 min，然后加水攪拌2～4 min，將振動30 s振動流動值控制在220～230 mm。

2 試驗過程及結果分析

2.1 所用鋁合金的化學組成

2-7系鋁合金的化學組分見表4。

表3 工藝參數(shù)

表4 2-7系鋁合金的化學分析 （w%）

2.2 含防滲劑A的澆注料

2．2．1 試驗配方

以特級高鋁熟料及電熔棕剛玉為主要原料，以Secar71水泥為結合劑，并合理引入Al2O3微粉和SiO2微粉，添加防滲劑A，以三聚磷酸鈉為分散劑，進行澆注料坩堝抗2-7系鋁合金試驗，配方見表5。

表5 試驗配方 （w%）

2.2.2 試驗結果

圖1～圖6為試樣坩堝在不同溫度點抗2-7系鋁合金試驗照片。其中，F(xiàn)J75-2-7表示FJ75為試驗配方，2為2系鋁合金，7為試驗溫度700℃，以此類推（下文同）。

圖1 試樣坩堝經(jīng)700℃×24 h的照片

圖2 試樣坩堝經(jīng)800℃×24 h的照片

圖3 試樣坩堝經(jīng)900℃×24 h的照片

圖4 試樣坩堝經(jīng)1 000℃×24 h的照片

圖5 試樣坩堝經(jīng)1 100℃×24 h的照片

圖6 試樣坩堝經(jīng)1 200℃×24 h的照片

由圖1可知，含防滲劑A的試驗澆注料坩堝經(jīng)700℃×24 h抗2-7系鋁合金后，坩堝內(nèi)表面和鋁合金接觸部位沒有發(fā)現(xiàn)有反應；由圖2～圖4可知，經(jīng)800℃×24 h、900℃×24 h和 1 000℃×24 h后，3系鋁合金沒有和澆注料反應；由圖5、圖6可知，經(jīng)1 100℃×24 h、1 200℃×24 h后，3系鋁合金和澆注料已有反應，但不明顯；由圖2可知，經(jīng)800℃×24 h，2系、4-7系鋁合金已和澆注料反應。

圖7為FJ75-2-8試驗坩堝800℃×24 h顯微照片及微區(qū)1能譜分析，從放大30倍的顯微照片可見，試驗坩堝和鋁合金的接觸面上有反應層，能譜分析表面，該反應層為鋁鎂尖晶石。2系、4-7系鋁合金均含有金屬鎂，由圖2～圖6可知，試驗坩堝經(jīng)800℃×24 h、900 ℃×24 h、1 000 ℃×24 h、1 100 ℃×24 h和1 200℃×24 h，試驗坩堝表面均有反應層生成。因此，在800～1 200℃，加有防滲劑A的澆注料，2系、4-7系鋁合金已和澆注料反應生成鎂鋁尖晶石反應層，該反應層可減緩反應的進行，但該反應層和澆注料結合疏松，隨著反應時間的延長及反應層的脫落，會對鋁液造成污染，并影響爐襯的使用壽命。

圖7 FJ75-2-8實驗坩堝800℃×24 h顯微照片及能譜分析圖

2.2.3 含抗?jié)B劑A的試驗澆注料抗2-7系鋁合金試驗小結

（1）在700℃，試驗澆注料可有效防止和2-7系鋁合金的反應。

（2）在 800～1 000℃，實驗澆注料可有效防止和3系鋁合金的反應。在1 100～1200℃，3系鋁合金和試驗澆注料反應，但反應不明顯。

（3）在 800～1 200 ℃，2系、4-7系鋁合金已和澆注料反應，且隨著試驗溫度的提高，反應加劇。

（4）針對3系鋁合金應選擇添加防滲劑A的防滲澆注料，并且熔煉溫度應不超過1 000℃。

2.2.4 所開發(fā)的防滲澆注料理化性能

所開發(fā)的不粘鋁澆注料性能見表6。

表6 不粘鋁澆注料主要理化指標

2.3 含防滲劑B的澆注料

2.3.1 試驗配方

以特級高鋁熟料及電熔棕剛玉為主要原料，以Secar71水泥為結合劑，并合理引入Al2O3微粉和SiO2微粉，添加防滲劑B，以三聚磷酸鈉為分散劑，進行澆注料坩堝抗2-7系鋁合金試驗，配方見表7。

表7 試驗配方 （w%）

2.3.2 試驗結果

由圖8、圖9可知，在700℃、800℃含防滲劑B的試驗澆注料坩堝抗2-7系鋁合金后，坩堝內(nèi)表面和鋁合金接觸部位沒有反應。

由圖10可知，在900℃，3系鋁合金和澆注料有輕微反應，但2系、4-7系鋁合金沒有和澆注料反應。在該實驗條件下，防滲劑B可有效防止2系、4-7系鋁合金在澆注料中的滲透。

由圖11可知，在1 000℃，2系、4系鋁合金上表面已和澆注料有輕微反應，但鋁合金內(nèi)部沒有和澆注料反應；5-7系鋁合金沒有和澆注料反應；3系鋁合金已和澆注料反應加劇。

由圖 12、圖 13可知，在 1 100～1 200 ℃，2-7系鋁合金和澆注料都有反應。從開始反應溫度點開始，隨著溫度的升溫，鋁合金和澆注料反應加劇。

圖8 試樣坩堝經(jīng)700℃×24 h的照片

圖9 試樣坩堝經(jīng)800℃×24 h的照片

圖10 試樣坩堝經(jīng)900℃×24 h的照片

圖11 試樣坩堝經(jīng)1 000℃×72 h的照片

圖12 試樣坩堝經(jīng)1 100℃×24 h的照片

圖13 試樣坩堝經(jīng)1 200℃×24 h的照片

圖14 為FJ75B-3-8試驗坩堝在800℃×24 h顯微照片，由顯微照片可知防滲劑B可有效阻止2-7系鋁合金在FJ75B澆注料的滲透。由圖15、圖16可知，含防滲劑B的FJ75B在該試驗條件下已無法阻止3系鋁合金的滲透，顯微照片及能譜分析表明，3系鋁合金中的金屬Mn主要是通過澆注料的氣孔進行滲透。圖17為FJ75B-2-11試驗坩堝1 100℃×24 h顯微照片及能譜分析，能譜分析表明含有金屬Mg的鋁合金，金屬Mg在澆注料的表面生成了鎂鋁尖晶石反應層，但該反應層可減緩鋁合金和澆注料的反應，但無法阻止鋁合金和澆注料的反應。

2.3.3 含抗?jié)B劑B的試驗澆注料抗2-7系鋁合金試驗小結

圖14 FJ75B-3-8試驗坩堝800℃×24 h顯微照片

圖15 FJ75B-3-10試驗坩堝1 000℃×24 h顯微照片

圖16 FJ75B-3-10試驗坩堝1 000℃×24 h顯微照片及能譜分析圖

圖17 FJ75B-2-11試驗坩堝1 100℃×24 h顯微照片及能譜分析圖

（1）在700～800℃，試驗澆注料可有效防止和2-7系鋁合金的反應。

（2）在900℃，3系鋁合金和澆注料有輕微反應，但2系、4-7系鋁合金沒有和澆注料反應。

（3）在1 000℃，2系、4系鋁合金上表面和澆注料有輕微反應，5-7系鋁合金沒有和澆注料反應，3系鋁合金已和澆注料反應加劇。

（4）1 100～1 200 ℃，2-7系鋁合金和澆注料都有反應，隨著溫度的升溫，鋁合金和澆注料反應加劇。

（5）針對2系、4-7系鋁合金應選擇添加防滲劑B的防滲澆注料。并且熔煉溫度應不超過1 000℃。

2.3.4 所開發(fā)的防滲澆注料理化性能

所開發(fā)的不粘鋁澆注料性能見表8。

3 結論

（1）熔煉3系鋁合金的熔鋁爐，應選擇含抗?jié)B劑A的JX-FJ75的不粘鋁澆注料，工作溫度最好不超過1 000℃。

表8 FJ75B不粘鋁澆注料性能

（2）熔煉2系、4-7系鋁合金的熔鋁爐，應選擇含抗?jié)B劑B的JX-FJ75的不粘鋁澆注料，工作溫度最好不超過1 000℃。

（3）熔煉含有3系和其它系鋁合金的熔鋁爐，應選擇含抗?jié)B劑B的JX-FJ75的不粘鋁澆注料，工作溫度最好不超過900℃。